節(jié)能技術(熱能部分)

1、節(jié)能技術關于熱能部分1目錄第一節(jié)概述第二節(jié)工程熱力學能量質量的節(jié)能第三節(jié)關于量的節(jié)能理論第四節(jié)節(jié)能的實施關于技改第五節(jié)節(jié)能的實施關于優(yōu)化運行第六節(jié)結束語2第一節(jié)概述一.節(jié)能是一門科學“國家節(jié)約能源法”新草案關于節(jié)能的定義是:“加強管理,采取技術上可行、經濟上合理以及環(huán)境和社會可以承受的措施,從能源生產到消費的各個環(huán)節(jié),降低消耗,減少損失,制止浪費,更加有效、合理的利用能源”。(1970年世界能源委員會什么樣是可行,什么樣是合理,什么樣是可承受,好像需要一個定量的尺度、限度。我國老一代最德高望重的科學家嚴濟慈老先生在上世紀六十年代說過:“所費多于所當費;所得少于所可得就是浪費?！边@句話揭示了節(jié)能

2、的本質問題,“當費”和“可得”點明了節(jié)能需要定性和定量的內涵,這就是節(jié)能這門學科的核心。能源是萬物運動的動力之源,因此這句話,甚至可以說是指明了:(節(jié)約能源這個事物發(fā)展的方向和人類(依賴于能源活動可能的范圍。節(jié)能技術是一門科學,有它完整的理論和規(guī)律,是研究能源利用完善程度的定性和定量分析的一個學科。認為面對各行各業(yè)而無能為力的觀點、對能源的浪費熟視無睹的狀態(tài)、或者偽科學都是不對的。二. 節(jié)能的范疇和方向節(jié)能的內涵,可以這樣劃分:1. 從范疇分:有廣義節(jié)能和狹義節(jié)能。廣義節(jié)能,包括所有材料的節(jié)約,因為任何一種材料也都以消耗一定數量的能源而取得的;本課題是指“節(jié)能技術”,稱為狹義節(jié)能,僅指各種能源

3、、能量的節(jié)約,也包含材料制造過程中的能源、能量的節(jié)約。2.能而稱為量,就有數量和質量之分:顯然需要節(jié)約能量的數量和質量,只有這兩方面都節(jié)約了才能稱為能量的利用完善了。嚴濟慈老先生的“所費多于3所當費”,就是指數量的節(jié)能;而“所得少于所可得”,就是指質量的節(jié)能這就從本質上指明了完善的、全面的、而且是定量的節(jié)能方向。三. 節(jié)能技術的理論體系理論是指導節(jié)能工作的基礎:節(jié)約能的質量可得必得,是宏觀節(jié)能,是系統節(jié)能。理論基礎是:“工程熱力學”。節(jié)約能的數量當費則費,是微觀節(jié)能,主要是設備節(jié)能。理論基礎是:“傳熱理論”、“燃燒理論”、“傳質(干燥理論”及其基礎理論(物理學、流體力學等;還有“工質特性理論”

4、、“熱機原理”等。其中,工質是以地球上最易取得、無害的水和空氣為主的物質特性理論;熱機主要是指,汽油機、柴油機、汽輪機等,以熱學、機械學、流體力學相結合的理論,本文重點介紹前三個基礎理論。注意:1.把節(jié)能和熱學、熱力學緊密相連,是因為熱學、熱力學不僅只闡明了熱能作為一種能源的本身的特性;而且自始至終,貫穿于熱學的發(fā)展全過程,無論在深度和廣度上,都緊扣能源節(jié)約這個核心,甚至還有斗爭;這門學科既古老,又因為節(jié)能成為人類關注的焦點而生機勃勃,不緊跟甚至會很快會落伍,催人奮進。很有意義。2.稱為理論,但一點也不抽象,它無時不刻地在指導和影響著我們周邊的生產、工作和生活。本文就以日常所見的生產、工作、生

5、活為例,揭示節(jié)能的理論系統,展開課題,拋磚引玉,共同探討深入。4第二節(jié)工程熱力學能量質量的節(jié)能世界是運動的,運動就必然需要有推動力。熱而稱為力,顯然,熱力學在某種意義上來說,是揭示自然界運動的規(guī)律、揭示事物發(fā)展的方向和揭示人類活動可能范圍的一門科學。熱力學的核心由熱力學第零、第一、第二和第三四大定律組成。一.熱力學第一定律1. 熱力學第一定律是在18世紀,瓦特發(fā)明蒸汽機后,人類發(fā)現自身可以有這么大的創(chuàng)造力,于是各種發(fā)明、創(chuàng)造風起云涌,其中包括占比例不小的各類永動機。大量的現象、問題放在科學家面前需要解釋、需要正確引導;需要說明什么是功?什么是能?如何轉換?有什么關系?于是熱力學第一定律,即能量

6、轉換和守恒定律應運而生。熱力學第一定律可以用一個很簡單的公式表達:功=常數熱量即W=AQ它說明:功和熱都是能量;能量必有它的由來,必然由其他能量轉換而來;能量可以互相轉換,轉換前后是相等的,也就是說轉換前后是平衡的;不同能量間的轉換,只需乘上一個經理論和大量試驗證明的系數,就可以相互換算,這個系數稱為當量值。式中常數A就是功的當量值功熱當量。第一定律指明了:第一類永動機,即不需要輸入能量,就能連續(xù)作功或能連續(xù)產生某種能量,及其它偽科學的不可能性。2. 熱力學第一定律還可寫為:輸入能量=輸出有用能量+損失能量說明任何一個過程(從單臺設備,到一個系統,一個企業(yè),一個地域在取得有效部分的同時,也必然

7、伴隨有某種能量或功的損耗,尋找這些損耗,就是節(jié)能和節(jié)能工作;5效率=輸出有用能量/輸入能量 %;能量的多次轉換:總效率=效率1效率2效率3;研究這些等式的方法,就是熱平衡和能量平衡方法提高轉換效率的方法,或者減少損失的方法。盡可能提高有用能量和盡可能減少損失能量就是節(jié)能熱力學第一定律指明了節(jié)約能量數量的方向。3.應用舉例:各種設備、系統、企業(yè)的熱平衡和能平衡工作。越是大型設備越有可能做得更完善,轉換效率越高。如集中供熱、煤氣化、坑口電站、大型發(fā)電站等。各種能量可以互相轉換,轉換過程也都存在效率問題:如:火力發(fā)電站、三峽水電站,核電站;其他新能源風力發(fā)電、潮汐發(fā)電、太陽能發(fā)電、垃圾發(fā)電等等。關于

8、能源資源的節(jié)約:世界上的一切能源的來源都是太陽能,因此必須關心不可再生能源和可再生能源問題。太陽能轉化礦物質能不可再生能源,諸如:煤炭、石油等,這是多少萬年太陽能的積累。燃燒這些能源后產生二氧化碳,排入大氣后,還造成溫室效應,威脅人類的生存條件,必須限制和制定世界的公約;太陽能轉化為生物質能可再生能源,即生物質能源,如:作物秸稈、其他植物等,綠色植物生長過程中要吸收二氧化碳,因此國際社會公認燃用生物質能源作為二氧化碳的零排放。可見節(jié)能和減排之間的關系密不可分。當然環(huán)境科學,又是一門專門的學科,不能一一?？梢姛崃W第一定律在這發(fā)面建立了不可磨滅的功勛。二.熱力學第二定律熱力學第一定律沒有進一步說

9、明:6能量的自生不可能,還有些那些不可能?熱能里的“溫度”這一重要概念為什么沒有出現,沒有被描述;能量有轉換方向嗎?高溫到低溫,低溫到高溫;熱能到電能,電能到熱能都可逆嗎?功和熱能完全等同描述嗎?功轉變?yōu)闊崮?或熱能變?yōu)闊崮艿倪^程,可以用熱力學第一定律的效率來描述;那么熱能轉變?yōu)楣?用熱力學第一定律的效率來描述,為什么往往不如人意?有序運動可方便的轉變?yōu)榉肿訜o序的熱運動,反之可以自由進行嗎?從瓦特發(fā)明熱能到機械能的蒸汽機,推動了第一次工業(yè)革命;這時電和它的機理,電和磁的關系也正在被很多科學家孜孜不倦、前赴后繼地揭示出來,電加入到能量的大家庭,電能幾乎無所不能。趕快發(fā)電吧,但發(fā)電又是一個怎么樣的

10、能量的轉換過程呢?效率又可以多少呢?人類又將進入一個新的時代,當然又有大量問題擺在了人們面前。技術發(fā)展的需要和人類認識的深入,產生了熱力學第二定律:1.開爾文描述:“不能制造出只與單一溫度熱源交換熱量,對外作功,又不引起其它變化的熱力發(fā)動機”。即僅從單一溫度熱源取得熱量,就可以不斷做功,熱可以完全轉化為功,是不可能的;必須同時還要向另一個低溫熱源排出一部分熱量,才可以取得功。即熱能轉換為功(機械能,存在另一個轉換效率問題。2.克勞修斯描述:“熱不可能從低溫物體傳向高溫物體,而不引起其它任何變化”。即,要使低溫物體轉變?yōu)楦邷匚矬w,必須另外加入能量。第二定律需要定量,這就是卡諾循環(huán)及其效率的計算指

11、明熱轉化為功的最高可能性:=1-T低/T高舉例:火焰溫度 T1=1200可產生的蒸汽溫度 T2=200(1.6MPa7環(huán)境溫度 T3=30充分利用火焰(1200:=1-(30+273/(1200+273 =79.4%而如果利用蒸汽(200:=1-(30+273/(200+273 =35.9%效率相差這樣大,指明了另一個節(jié)能潛力的方向和最高可能性。 如有運行于如下參數的發(fā)電廠: 8 發(fā)電=卡諾鍋爐汽機電廠鍋爐、汽機、發(fā)電廠廠用電部分,實際上是人們平時關注的重點。明顯僅是節(jié)約的一部分,這是第一定律的范疇,但并非是節(jié)能的全部;而卡諾循環(huán)效率所揭示的是節(jié)能的另外一個大部份?？梢?第一定律指明了從能源的

12、下游節(jié)約,量的節(jié)約“所費多于所當費”的問題;而第二定律指明了從能源的源頭節(jié)約,質的節(jié)約“所得少于所可得”的問題。第二定律指明了:1. 超卡諾循環(huán)效率不可能、第二類永動機不可能、所得多于所可得不可能;2. 能量轉換不僅有數量問題,還有方向性問題、品位問題,數量不能體現能量轉換的全部,也就是說能量還具有有質量問題。能量取得的難易程度、消耗能源資源的多少和它的功能、功用代表了能量的品位和質量。電能、機械能比熱能品位高;溫度愈高的熱能,愈可以獲得更多的高品位的電能、機械能,因此也質量愈高;品位問題也揭示了能源利用完善性的另一面。溫度越高,卡諾循環(huán)效率越高,利用越多,即可得的越多。集中供熱比小鍋爐效益高

13、;熱電聯供效益更高,利用了高端能量,白白回收了電能;熱電聯供也是參數越高越好;聯合循環(huán)發(fā)電效率更高。這里說大型化,又高參數化,才獲益越大。而一種新的理念,甚至稱為是第二代能源系統,即分布式能源系統。它是以燃氣(或其它新能源、燃氣-蒸汽聯合循環(huán)、熱電冷聯供為核心的小型系統。關鍵是:大小型,對于燃氣系統(或其它新能源效率相差不大,接近負荷又減少了損失,這兩者抵消;而聯供的效益遠高得多,所以被推崇。燃煤則有粉碎問9題、除塵問題等,還是一定的大型化為好。3.按第一定律計算的是當量熱值,反映能量的數量;反映能量質量的是被第二定律所決定的等價熱值,它反映的是能量取得的難易程度,是能源的品位,是對于能源資源

14、的消耗量的計量。如:電1kwh=3600kj=電加熱放出的熱量(這是當量值,而取得 1kwh電,發(fā)電廠效率3040%,需10550kj,即0.360kg標煤的熱量,才產生1度電,這就是電的等價值;而如有蒸汽3600kj (這是當量值 ,鍋爐效率8090%,需4500kj的熱量的煤才能產生,即0.15kg標煤,這是蒸汽的等價值。上述計算,顯然不能說鍋爐效率高于發(fā)電廠效率的2倍;同時,可以看到等價值是折算到能源消耗的計算,電的等價值高,功能也遠非蒸汽所可比,因此品位高等價值揭示了能量的品位本質揭示能耗與國家資源的關系,節(jié)能對于國家資源的責任;統計部門用當量值,是為了避免重復計算,這是兩回事。4.從

15、統計學看:熱能是分子的無序運動,而電能是原子的有序運動。從有序到無序很容易,而從無序到有序不容易。有序性代表能源等級?？梢娖毡橐饬x上講:第一定律的熱平衡已不能作為評價能量利用完善性的可比尺度。5. 第二定律和卡諾循環(huán)的進一步推導,可以更完善各種過程的關于能量質量的:質量的轉換、質量的損失、質量轉換的效率的計算。這就是“火用”和“火用”平衡計算,這是對于能量的質量、內部損失的計算評價方法;而熱平衡計算只考慮外部損失?！盎鹩谩? Q卡諾恒溫熱源= i- TS 流動體系(變溫= kwh 電或機械能“火用”代表可以轉化為功的能,稱可用能。10焓 = “火用”+“火無”“火無” = Q(1-卡諾= TS

16、“火無”代表未能轉化為功的能,是損失的能。熵 S 。是內部損失程度度量方法、效率提高方向的一個有用參數,內涵十分豐富,本文不再深入,僅拋磚引玉了。能量平衡只反映各種能源的數量利用程度;需要作“火用”平衡以考察質量的利用程度,就是從能源的源頭節(jié)約的計算方法。6. 工作和日常生活中常見關于的所得少于所可得的問題:閥的節(jié)流,熱量沒有損失,但壓力下降了,可用能減少了,能量的質量損失了,質量代表品位,代表更多的數量;燃煤取暖,可以做到沒有熱損失,但燃燒溫度達1200只為取暖的50 服務,如能發(fā)過電再供熱,這部分電能豈非白白取得了?高低品位能量的區(qū)別、權衡利用;電解制氫為了清潔能源,用高級能源,取得低等級

17、的熱能,氫僅作為燃料用,不甚合理。但如果能利用低谷電,倒可以權衡。吸收式(溴化鋰制冷利用低溫熱源以熱代電是合理的,等等。熱泵問題是反向的卡諾循環(huán)(制冷循環(huán),效率很高,;主要用于空調節(jié)能等,有利于低溫熱源的利用(包括地熱、太陽能等。例:空調制冷的兩端溫差越小,當然能耗越小。如夏季空調運行時,室內26,室外38,溫差12;如果想辦法使室外溫度為26以下,原則上可以不耗能了;而冬季空調運行時,室內20,室外0,溫差20;如果想辦法使室外溫度為10,溫差10原則上可以節(jié)能一半,利用井水也可以做到。這就是低溫熱源的利用,同樣還可廣泛考慮太陽能、工廠低溫熱源的利用等等,效果良好。與熱電聯產、聯合循環(huán)等性質

18、不同。117.應用的關注點:必須既從能源的下游節(jié)約,量的節(jié)約;又從能源的源頭多利用,質的節(jié)約,兩方面并舉才是對能源利用完善了;熱電聯供及其高參數化、需要有序有規(guī)劃地發(fā)展;壓力能的分級利用;聯合循環(huán)發(fā)電最大可能地可得必得;能源的源頭利用或能源的分級合理利用,是企業(yè)領導級、地域區(qū)域級、甚至國家級的事,必須有遠見卓識的統籌規(guī)劃這是一個節(jié)能巨大潛力的領域;新上項目能源評估應該有區(qū)域、地域性的用能評估,等等。三.熱力學第零定律熱力學第零定律:“兩物體達到熱平衡,即兩者間完全沒有熱量傳遞時就是溫度相等”。也就是說兩物體間如果沒有溫差,就沒有熱量的傳遞;如果有熱量的傳遞就有溫差。溫度測量就是用這個原理,應保

19、證溫度計和被測物體間沒有熱量的傳遞時,兩者間溫度才一致了。 /d12四.熱力學第三定律熱力學第三定律:“不論用什么方法都不可能把溫度降到絕對零度”。絕對零度就是:分子原子都停止了運動。排列整齊,已經有序了,所以易于達到“超導”;此時“焓”、“熵”、“火用”等熱力參數也都等于零,也都以絕對零度為起點。事實上絕對零度也就是用熱力學的方法推導出來的。“熵”是個非常有用的參數,在第二定律、第三定律里很重要。一切化學反應也都是朝著“熵”增方向進行的,可方便的確定化學反應的方向。13第三節(jié)關于量的節(jié)能理論主要有:傳熱(換熱理論;燃燒理論;傳質(干燥理論等;工質特性理論:水、飽和水蒸汽、過熱水蒸汽特性、空氣

20、、濕空氣特性、制冷劑特性等;熱機原理(熱學、流體力學、機械學的結合等。本文主要介紹傳熱理論、燃燒理論和傳質理論。一. 傳熱理論傳熱理論的核心就是:如何最大可能地加強傳熱和最大限度地阻止傳熱剖析傳熱的機理,傳熱有三個途徑:流體的對流傳熱、固體的導熱、輻射傳熱。1.對流傳熱是發(fā)生在流體(液體、氣體里的熱量傳遞,熱量搭載在流動的物體上,而被傳遞,這種流動稱為對流:流體對流傳熱的傳熱量為: Q= T F式中三項:關于:傳熱系數,與工質特性和流速有關,它的倒數就是熱阻1/。傳熱與電學的歐姆定律很相像:I = UR。電流相應于熱量,電阻相應于熱阻1/(F,而電壓相應于溫差,因此也常稱溫差為溫壓。關于對流傳

21、熱系數,可以從數量上感性的認識一下:氣體=幾十千卡/米2時度液體=幾千千卡/米2時度沸騰和冷凝時(相變時=幾萬千卡/米2時度例如:應當充分利用沸騰和冷凝傳熱;需要合理使用疏水器和增加傳熱面積;1415沸騰和冷凝傳熱的典型技術熱管技術(熱短路的應用; 利用相變技術汗冷技術的應用;關于傳熱面積F :兩種流體之間需要相隔,傳熱面積F 就是這個相隔物體的面積。如:設計合理的流道、單位體積里盡可能多的傳熱面積、傳熱面積多了還需考慮小的流動阻力、還有膨脹問題、合理布置翅片密度與高度問題等;關于傳熱溫差T :除了溫差越大,傳熱量也越大外;合理組織流體流向也有意想不到的效果,如:逆流布置與順流布置相比,它的傳

22、熱溫差大于順流的傳熱溫差;而且冷流體的最終溫度還可以被加熱得更高,或者說熱流體的最終溫度還可以被冷卻得更低,設備利用率高。2.導熱是指發(fā)生在固體里面的傳熱,由分子、原子承擔傳遞:固體里的導熱傳熱的傳熱量為:Q=(/d TF 與對流傳熱公式一樣,也是很相似的三項: 順流逆流 溫度溫度關于導熱系數,也可以從數量上感性的認識一下:金屬= 10200千卡/米時度非金屬= 0.010.9千卡/米時度顯然,金屬是熱的良導體,傳熱熱阻可以忽略不計;而非金屬熱阻大得多,可做絕熱材料。和物體的導電性能很接近。d是物體的厚度,F是傳熱的截面積; d/是熱阻,與電學的電阻計算方法幾乎一樣。T也是溫壓的含義。3.輻射

23、傳熱,熱量除了可以借助以氣體、液體、固體傳輸外,還可以在沒有任何分子、原子的真空中傳輸,這就是輻射傳熱,與光線的照射特性很接近。輻射傳熱量為: Q=(T14/100- T24 /100F關于輻射系數,它與穿過物質的入射、反射、透射、吸收、頻譜有關;與接受輻射(照射物質的入射、反射、透射、吸收、頻譜以及表面黑度系數、表面形狀等有關。其熱源如太陽、火焰、高溫煙氣、電加熱器、微波爐等關于面積,與熱源的輻射面積、接受輻射物體的被照射面積、兩者的位置、角度等有關,計算稍復雜。1/相當于熱阻。同時輻射傳熱量與溫度4次方之差成正比,可見高溫輻射的傳熱量也是很大的,等效來看數量級與沸騰傳熱、冷凝傳熱在一個層次

24、上。諸如:太陽能電池板的表面鍍膜,使入射對外輻射;太陽能電池蓋板的蜂眼特性,可以在內部折射,提高了太陽不同入射角時的效率;1617太陽能熱水器的鍍膜,產生的溫室效應;而汽車的防曬薄膜,是使反射 入射;紅外線的應用;爐膛高溫燃燒區(qū)的充分利用;黑度系數的提高,等等。4.多層傳熱,熱傳導大多是多層的,有它的特性:傳熱量 = K TFK 是總傳熱系數,等于多層熱阻和的倒數:K = 1/(R1+R2+R3每層的熱阻R1、R2、R3可以分別等于d/、1/等(關于輻射層需要進行等效計算,也可以分別逐層進行計算可見多層傳熱又有它不同的特性:熱阻最大的層,占比例大,所以影響最大,應是注意力的集中地;多層傳熱的總

25、傳熱系數,主要取決于熱阻大的一項,著力于這一層的改進,會事半功倍,即投入小而收益大,如:加大熱阻大的一側的流速、傳熱面積等等;對流傳熱的熱阻主要產生于附面層,經過一個流體層會加兩個熱阻: 所以疏松物體可做保溫材料,但需填充合適和良好外保護;保冷材料必須是密閉細胞型的,避免空氣中水分源源不斷的被冷凝,而破壞保溫層,因為水的對流傳熱系數比空氣大十倍到百倍;熱水瓶的設計考慮全面,很合理;建筑節(jié)能被提到議事日程。其中保溫的簿弱環(huán)節(jié)在于玻璃,用雙層玻璃保溫性能比單層就好得多,還有中空玻璃、入射大于反射的特性玻璃;再加上墻體保溫、可再生能源和太陽能利用、建筑物內外氣流組織、空調管內冷熱媒體組織、空調的熱泵

26、系統、自動控制、照明等構成節(jié)能型建筑。建筑節(jié)能面廣量大,最近我國已出臺了新的建筑節(jié)能設計規(guī)范。二. 燃燒理論燃燒是一個氧化反應,具有化學反應的共性:在點火階段是吸熱反應,需要加熱、穩(wěn)定著火、以至用觸媒,保證穩(wěn)定著火區(qū)和高溫,甚至是革命性的;燃料與助燃劑(空氣的混合、組織和空間;合理的空氣量(對效率很敏感;燃燒各個階段(預混燃燒、擴散燃燒的合理組織;還有流體力學、污染物生成理論等的支持。181.固體燃料固定床層燃燃燒,需要注意:合理爐排、分層燃燒技術;一二次風配比,預熱;煤的合理配比;合理的前后拱。等等。沸騰床、流化床燃燒:熱容量大,煤種適應性強。粉煤燃燒燃燒器合理預熱、配風,大型電站鍋爐;水煤

27、漿、油煤漿技術。2. 液體燃料油的燃燒(品種很多關鍵是霧化、配風(氧、預熱、爐膛等。有很多成功的燃燒器設計。3. 氣體燃料配風(氧、預熱、爐膛等。重點在燃燒器設計。4. 新燃燒技術與理論:如蓄熱燃燒、純氧燃燒、低NOx燃燒等。三. 傳質(干燥理論是傳物質和傳熱的結合主要途徑分別有:在固相和氣相物體內的傳質。固相:G=(/dTF傳質系數,與物體的空隙度等有關,再加厚度d因素,和導熱很相似。T、F和傳熱很相似。19氣相:G=F擴散系數,與流速等有關。濃度差,相當于傳熱的溫差、溫壓。F和傳熱很相似。例如:粉碎、噴霧、沸騰床、流動床等方法的應用;合理組織氣流的溫度、干度(濕空氣特性和流動,等等。第四節(jié)

28、節(jié)能的實施關于技改節(jié)能的實施技改和優(yōu)化運行兩大方面。關于技改:一.兩大方向節(jié)約能的質量宏觀節(jié)能、系統節(jié)能。節(jié)約能的數量微觀節(jié)能、設備節(jié)能。二. 關于能量質量的節(jié)約20核心是“所得等于所可”,燃料的理論燃燒溫度可達2000以上,而目前的利用,大多都遠遠達不到。當今世界上最高參數的蒸汽輪機發(fā)電機組,蒸氣溫度達620,燃氣輪機達1400,這些都是佼佼者,普遍水平還遠達不到,有些是認識不到,甚至連一般合理參數的熱電聯供、聯合循環(huán)發(fā)電還達不到。潛力是巨大的,但需要資金、科技、遠見、規(guī)劃和決心。對于一個區(qū)域,甚至國家,體現政府行為。需要有一個“節(jié)能規(guī)劃設計”或“可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃設計”的部門這是全局能源利用完

29、善程度的體現。對于一個企業(yè)、一個系統,體現決策、規(guī)劃和社會責任感。特點也是層次深,需要技術、需要資金、工作重度大,需要逐步突破。工作是大量和具體的,例如:能源審計工作,建立能源的數據庫;區(qū)域能源數字地圖的制作;區(qū)域和企業(yè)的“火用”平衡、熱平衡;制訂區(qū)域和企業(yè)的能源中遠期規(guī)劃;新建項目與區(qū)域和企業(yè)整體的能源利用完善性評估能源的區(qū)域區(qū)域性評估;實現能源綜合利用熱冷電氣聯供系統、電熱煤氣聯供系統、聯合循環(huán)發(fā)電系統;低溫熱源規(guī)劃利用系統;最新節(jié)能理念、觀念、發(fā)展勢態(tài)的吸收引進。例如逐步向建立更合理配置、合理參數、合理充分用能的:“產品熱電冷”聯產的一體化工廠方向發(fā)展。變純生產某產品,為生產某產品為主,

30、同時生產用能的匹配產品,以及電、汽、冷等多種產品的企業(yè),以充分綜合利用能量,物盡其用,考慮綜合效益的提高。循環(huán)經濟、清潔生產的實現;新能源的規(guī)劃利用,等等。21三.關于能量數量的節(jié)約首先需要關注:國民經濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要的節(jié)能中長期專項規(guī)劃中的重要內容,是由國家發(fā)展改革委會同科技部、財政部、建設部、國家質檢總局、國家環(huán)?？偩?、國務院機關事務管理局、中共中央直屬機關事務管理局等有關部門,織編制了的“十一五”十大重點節(jié)能工程實施意見,及其貫徹實施和督導評估評價手冊,非常全面地論述當前節(jié)能工作的重點,包括:燃煤工業(yè)鍋爐(窯爐改造工程、區(qū)域熱電聯產工程、余熱余壓利用工程、節(jié)約和替代石油工

31、程、電機系統節(jié)能工程、能量系統優(yōu)化(系統節(jié)能工程、建筑節(jié)能工程、綠色照明工程、政府機構節(jié)能工程、節(jié)能監(jiān)測和技術服務體系建設工程。國家發(fā)改委組織修訂中國節(jié)能技術政策大綱(06年版,具體化了在:工業(yè)節(jié)能、交通節(jié)能、建筑節(jié)能、城市與民用節(jié)能、農業(yè)與農村節(jié)能、可再生能源利用及其保障體系等七方面的重要政策。有關清潔生產、循環(huán)經濟、能效電廠、能源審計等等新的理念。具體方法上要注意:1. 引進和不斷關注先進的工藝、設備、科學技術、產品、理念;3. 需要有整體概念,顧及能量質量的節(jié)約,才是大的節(jié)約。如:造紙,見到兩類:一種是蒸汽加熱烘干(在烘缸里,用熱6000MJ/T紙;另一種是用氣體燃料火焰加熱空氣烘干,用

32、熱5000MJ/T紙。表面看后者耗能少。實際上烘紙最多200的溫度就可以了,溫度過高紙品質量要下降。氣體燃料火焰卻可以燒到1200,不得不摻冷使用,從1200到200間的質量浪費了。當然具體還需綜合考慮,如:規(guī)模問題、總投入問題、生產工藝問題等等;2. 開拓思路,借鑒其它行業(yè)、專業(yè)、領域的知識、技術綜合利用、集思廣益:如煙氣二氧化硫的處理問題(企業(yè)對它頭疼,環(huán)保部門對它痛惡,而化學家可能認他為寶;3. 對于各種能源品種、能源品位、能源特點、物料的具體分析,綜合利2223用:如水泥預制件的紅外養(yǎng)護(用高壓蒸汽,就必須用密閉的高壓釜,只能周期性生產了、工藝管道的電加熱伴熱(比蒸汽控制精度高,維護費

33、用少等觀點。4. 必須充分了解工藝,原設計必定有它的道理,往往以犧牲能源而達到某種 工藝目的,須謹慎。對原工藝理解越深,越能找到節(jié)能的正確途徑。5. 西瓜和芝麻都要。最大限度充分利用能源減少低溫熱源的排放;然后再考慮余熱 利用和回收;同時應該認識余熱也是資源,不是廢熱。6. 打破系統的工藝界限、設備界限互補綜合利用;7. 需要溫度和需要熱量不一樣;需要溫度和需要時間不一樣。如冶金爐主要要溫度高溫、高排放、高回收是節(jié)能的 如蓄熱式加熱爐;8. 設備越大,技術可能的完善程度越好。如世界公認的三大節(jié)能技術就是:集中供熱、煤氣化和熱電聯產;9. 技改是一個綜合性技術,以鍋爐為例:四.以鍋爐為例:自瓦特

34、發(fā)明蒸汽機,至今已200多年,經一代一代人的改造、提高和發(fā)展,體現了技術的綜合性、全方位的考慮: 水處理系統制粉系統煙塵處理系統24 五. 技改的方法和步驟1. 熱平衡和能量平衡的檢測,取得可靠詳盡的第一手資料;2. 計算“火用”平衡、熱平衡和能量平衡,找到能量利用的方向、能量損失的方向;3. 方案的定性研究,決定方案(如前面綜合性的考慮;4. 方案的定量研究經濟性的比較計算,應包含:在節(jié)能量(能量的消耗、能源的消耗、節(jié)約資金量,和外部條件:技術、投資、場地、先進性、綜合性、環(huán)保、人員等方面,對選定的幾個方案,作可行性對比分析、計算。其中:回收年限 = 改造投入資金/年節(jié)約資金25= 24 年

35、或更長都是合理的。 第五節(jié) 節(jié)能的實施關于優(yōu)化運行 一. 設計和運行不一樣 如： 傳熱中：傳熱系數與流速隨增，但同時又增加了風機的能耗； 流體輸送：加熱可減少粘度，但多耗熱能，而又減少摩擦力，減少了輸送 機械能耗； 鍋爐：增大負荷，效率提高，但負荷達 8090%以后又下降； 發(fā)電機組：汽輪機進口是提高參數有利；汽輪機后部是冷凝壓力、溫度越 低越好，但又增加了循環(huán)冷卻泵的能耗； 對于不同設備，實際運行影響因素很多，如印染行業(yè)，影響染缸效率的因 素就有：不同布料、顏料類別、助劑品種、升降溫速度，加 熱蒸氣參數、洗染 周期，液位等等，錯綜復雜； 如球磨機，加料的多少、加球的多少、球的不同直徑的搭配、合理的轉速 等； 對于能量轉換設備：在不同外界條件下（負荷等參數，如鍋爐的煤種、負 荷、送引風量等）的綜合最高效率需要檢測、計算和尋找； 對于用能設備：保證質量前提的、不同外界條件下（品種、配方等） ，也 有產量、質量和能耗的最佳運行點。 % % 26 負荷、某參數